C++笔记: std::vector的底层原理和扩容

std::vector是C++标准库中的一个容器，它提供了动态数组的功能。它的底层实现是通过连续的内存块来存储元素，这使得它能够在O(1)的时间复杂度下进行随机访问。

当创建一个std::vector对象时，它会分配一块初始大小的内存空间来存储元素。这个初始大小可以通过构造函数的参数指定，如果没有指定，默认为0。std::vector还会维护两个重要的变量：size和capacity。size表示当前已存储元素的数量，而capacity表示当前分配的内存空间的大小。

当我们向std::vector中添加元素时，它会首先检查是否有足够的容量来存储新的元素。如果当前容量不足，std::vector就需要进行扩容操作。

std::vector的扩容机制是通过重新分配内存来实现的。当容量不足时，std::vector会分配一个更大的内存块，并将原来的元素复制到新的内存中。通常，新的容量会比原来的容量大一些，以便减少频繁的扩容操作。具体来说，std::vector通常会将容量扩大为原来的两倍，但这并不是绝对的，具体实现可能会有所不同。

在进行内存重新分配时，std::vector会调用元素类型的拷贝构造函数来复制元素。如果元素类型没有提供拷贝构造函数，则无法使用std::vector存储该类型的对象。

一旦完成内存的重新分配和元素的复制，std::vector会释放原来的内存，并更新size和capacity的值。这样，我们就可以继续向std::vector中添加新的元素了。

下面是一个简单的例子，演示了std::vector的扩容操作：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v;
  std::cout << "Capacity: " << v.capacity() << std::endl; // 输出：Capacity: 0

  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    v.push_back(i);
    std::cout << "Size: " << v.size() << ", Capacity: " << v.capacity() << std::endl;
  }
  return 0;
}

需要注意的是，由于重新分配内存和元素复制的开销，std::vector的扩容操作可能会导致性能损失。因此，为了避免频繁的扩容操作，我们可以通过预先设置std::vector的初始容量来提高性能。

总结: std::vector的底层原理是通过连续的内存块来存储元素，它的扩容机制是通过重新分配内存和元素复制来实现的。